JP7087611B2 - 制振装置 - Google Patents

Description

本発明は、制振装置に関する。

支持部材間の変位に対して減衰力を発揮しうる制振装置については、例えば、特開２０１１－１９０８７９号公報、特開２００１－２０７５５２号公報、特開２００１－１０７６００号公報などが提案されている。なお、これらで開示される制振装置の構造は、本願において提案される制振装置と相違するため詳しい説明は省略する。

特開２０１１－１９０８７９号公報 特開２００１－２０７５５２号公報 特開２００１－１０７６００号公報

支持部材間の変位に対して減衰力を発揮しうる制振装置の新規構造を提案する。

ここで提案される制振装置は、軸部材と、第１受部材と、第２受部材と、第１粘弾性体と、第２粘弾性体とを備えている。
軸部材は、軸部と、軸部の一端に設けられた第１球体部と、軸部の他端に設けられた第２球体部とを備えている。
第１受部材は、第１球体部を受ける凹んだ第１球面部を有している。
第２受部材は、第２球体部を受ける凹んだ第２球面部を有している。
第１粘弾性体は、第１球体部と第１球面部との間に配置され、第１球体部と第１球面部との相対変位に応じて変形する。
第２粘弾性体は、第２球体部と第２球面部との間に配置され、第２球体部と第２球面部との相対変位に応じて変形する。

かかる制振装置によれば、第１受部材と第２受部材との相対的な変位に応じて、第１粘弾性体と第２粘弾性体とが変形し、変位を小さく抑え、かつ、当該変位を伴う振動を早期に減衰させることに寄与する。

図１は、ここで提案される制振装置１０の正面図である。 図２は、対向する支持部材Ａ１、Ａ２が相対的に水平方向に変位した状態が示された制振装置１０の正面図である。 図３は、制振装置１０の他の実施形態を示す正面図である。

以下、ここで提案される制振装置を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映していない。また、各図面は、一例を示すのみであり、特に言及されない限りにおいて本発明を限定しない。また、同一の作用を奏する部材・部位には、適宜に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、ここで提案される制振装置１０の正面図である。
ここで提案される制振装置１０は、軸部材１１と、第１受部材１２と、第２受部材１３と、第１粘弾性体１４と、第２粘弾性体１５とを備えている。

軸部材１１は、軸部１１ａと、第１球体部１１ｂと、第２球体部１１ｃとを備えている。第１球体部１１ｂは、軸部１１ａの一端に設けられている。第２球体部１１ｃは、軸部１１ａの他端に設けられている。第１球体部１１ｂには、第１粘弾性体１４を取り付けるための窪み１１ｂ１が形成されている。第２球体部１１ｃには、第２粘弾性体１５を取り付けるための窪み１１ｃ１が形成されている。

第１受部材１２は、第１球体部１１ｂを受ける凹んだ第１球面部１２ａを有している。この実施形態では、第１受部材１２は、矩形または円形のブロックで構成されている。第１受部材１２の中心部に略球形の空洞１２ｄが形成されている。第１受部材１２の球形の空洞には、一方向に開口１２ｂが形成されている。第１球面部１２ａは、第１受部材１２の球形の空洞１２ｄの内側面に沿って形成されている。第１受部材１２は、第１球面部１２ａが少なくとも２つに分割されるように設定された接合部１２ｃを有している。この実施形態では、開口１２ｂが形成された方向に沿って空洞１２ｄが２つの略半球形の空洞に分割されるように、第１受部材１２に接合部１２ｃが設定されている。第１球面部１２ａには、第１粘弾性体１４を取り付けるための窪み１２ａ１が形成されている。接合部１２ｃは、図示は省略するが、例えば、ボルトナットなどで分離可能に接合されるとよい。

第２受部材１３は、第２球体部１１ｃを受ける凹んだ第２球面部１３ａを有している。この実施形態では、第２受部材１３は、上述した第１受部材１２と概ね同様の形態を備えている。第２受部材１３は、矩形または円形のブロックで構成されている。第２受部材１３の中心部に略球形の空洞１３ｄが形成されている。第２受部材１３の球形の空洞１３ｄには、一方向に開口１３ｂが形成されている。第２球面部１３ａは、第２受部材１３の球形の空洞１３ｄの内側面に沿って形成されている。第２受部材１３は、第２球面部１３ａが少なくとも２つに分割されるように設定された接合部１３ｃを有している。この実施形態では、開口１３ｂが形成された方向に沿って空洞１３ｄが２つの略半球形の空洞に分割されるように、第２受部材１３に接合部１３ｃが設定されている。第２球面部１３ａには、第２粘弾性体１５を取り付けるための窪み１３ａ１が形成されている。接合部１２ｃは、図示は省略するが、例えば、ボルトナットなどで分離可能に接合されるとよい。

第１粘弾性体１４は、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの間に配置されている。第１粘弾性体１４は、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの相対変位に応じて変形する。この実施形態では、第１粘弾性体１４は、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの間に２つ配置されている。第１粘弾性体１４は、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの中心部に対して概ね径方向に対向するように配置されている。かかる形態に限定されず、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの間には、複数の第１粘弾性体１４が力学的にバランスよく作用するように配置されているとよい。第１粘弾性体１４の個数や配置は特段限定されない。

この実施形態では、第１粘弾性体１４は、第１鋼材１４ａと、第２鋼材１４ｂとの間に配置され、第１鋼材１４ａと第２鋼材１４ｂとに接着されている。第１鋼材１４ａは、第１球体部１１ｂに取り付けられる部材である。第２鋼材１４ｂは、第１受部材１２の第１球面部１２ａに取り付けられる部材である。この場合、第１粘弾性体１４は、第１鋼材１４ａと、第２鋼材１４ｂとの間に配置され、第１鋼材１４ａと第２鋼材１４ｂとに接着されているとよく、軸部材１１や第１受部材１２とは別体で構成されているとよい。この場合、第１粘弾性体１４は、例えば、第１鋼材１４ａと第２鋼材１４ｂとの間に配置されて成形されるとよく、第１粘弾性体１４の成形が容易になる。

この実施形態では、第１鋼材１４ａは、第１球体部１１ｂの窪み１１ｂ１に装着されている。第２鋼材１４ｂは、第１球面部１２ａの窪み１２ａ１に装着されている。具体的には、第１球体部１１ｂの窪み１１ｂ１に第１鋼材１４ａが装着され、かつ、第１球面部１２ａの窪み１２ａ１に第２鋼材１４ｂが装着されることによって、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの間に第１粘弾性体１４が配置されている。第１粘弾性体１４が配置される際、第１受部材１２は適宜に分割されているとよい。そして、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの間に第１粘弾性体１４が配置された状態で、第１受部材１２の接合部１２ｃが接合されるとよい。この場合、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとに第１粘弾性体１４を直接接着させる必要がなく、第１粘弾性体１４の製造や取り付けが容易である。

第２粘弾性体１５は、第２球体部１１ｃと第２球面部１３ａとの間に配置されている。第２粘弾性体１５は、第２球体部１１ｃと第２球面部１３ａとの相対変位に応じて変形する。この実施形態では、第２粘弾性体１５は、第２球体部１１ｃと第２球面部１３ａとの間に２つ配置されている。第２粘弾性体１５は、第２球体部１１ｃと第２球面部１３ａとの中心部に対して概ね径方向に対向するように配置されている。かかる形態に限定されず、第２球体部１１ｃと第２球面部１３ａとの間には、複数の第２粘弾性体１５が力学的にバランスよく作用するように配置されているとよい。第２粘弾性体１５の個数や配置は特段限定されない。

この実施形態では、第２粘弾性体１５は、第３鋼材１５ａと、第４鋼材１５ｂとの間に配置され、第３鋼材１５ａと第４鋼材１５ｂとに接着されている。第３鋼材１５ａは、第２球体部１１ｃに取り付けられる部材である。第４鋼材１５ｂは、第２受部材１３の第２球面部１３ａに取り付けられる部材である。この場合、第２粘弾性体１５は、第３鋼材１５ａと、第４鋼材１５ｂとの間に配置され、第３鋼材１５ａと第４鋼材１５ｂとに接着されているとよく、軸部材１１や第１受部材１２とは別体で構成されているとよい。この場合、第２粘弾性体１５は、例えば、第３鋼材１５ａと第４鋼材１５ｂとの間に配置されて成形されるとよく、第２粘弾性体１５の成形が容易になる。

ここで、第１粘弾性体１４と第２粘弾性体１５には、いわゆる高減衰ゴムなどが適宜に採用されうる。第１粘弾性体１４と第２粘弾性体１５の性能は、添加剤の配合を調整することによって調整されうる。第１粘弾性体１４と第１鋼材１４ａおよび第２鋼材１４ｂとの接着は、それぞれ第１粘弾性体１４が成形される際に加硫接着されるとよい。第２粘弾性体１５と第３鋼材１５ａおよび第４鋼材１５ｂとの接着は、それぞれ第２粘弾性体１５が成形される際に加硫接着されるとよい。

この実施形態では、第３鋼材１５ａは、第２球体部１１ｃの窪み１１ｃ１に装着されている。第４鋼材１５ｂは、第２球面部１３ａの窪み１３ａ１に装着されている。具体的には、第２球体部１１ｃの窪み１１ｃ１に第３鋼材１５ａが装着され、かつ、第２球面部１３ａの窪み１３ａ１に第４鋼材１５ｂが装着されることによって、第２球体部１１ｃと第２球面部１３ａとの間に第２粘弾性体１５が配置されている。第２粘弾性体１５が配置される際、第２受部材１３は適宜に分割されているとよい。そして、第２球体部１１ｃと第２球面部１３ａとの間に第２粘弾性体１５が配置された状態で、第２受部材１３の接合部１３ｃが接合されるとよい。この場合、第２球体部１１ｃと第２球面部１３ａとに第２粘弾性体１５を直接接着させる必要がなく、第２粘弾性体１５の製造や取り付けが容易である。

つまり、第１粘弾性体１４は、第１鋼材１４ａと、第２鋼材１４ｂと、第１鋼材１４ａと第２鋼材１４ｂとの間で成形され、第１鋼材１４ａと第２鋼材１４ｂとに加硫接着されている。このため、第１鋼材１４ａと第２鋼材１４ｂとを金型に配置し、第１鋼材１４ａと第２鋼材１４ｂとの間で第１粘弾性体１４を成形するとよく。第１粘弾性体１４の成形が容易である。また、第１粘弾性体１４の取り付けでは、第１球体部１１ｂに形成された窪み１１ｂ１に第１鋼材１４ａが嵌め込まれ、第１球面部１２ａに形成された窪み１２ａ１に第２鋼材１４ｂを嵌め込まれるとよい。このため、第１球体部１１ｂや第１球面部１２ａに粘弾性体を直接加硫接着させる必要が無く、製造が容易になる。また、この場合、粘弾性体の接着強度も高く保たれる。また、第２粘弾性体１５においても同様に、製造や取り付けが容易である。

また、第１粘弾性体１４の個数や配置は、例えば、第１粘弾性体１４は、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの間に３つ配置されていてもよいし、４つ配置されていてもよい。第１粘弾性体１４は、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの間に、さらに多くの第１粘弾性体１４が配置されていてもよい。また、第１粘弾性体１４の配置は、１つの周方向に限定されず、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの間の任意の位置に配置されているとよい。上述のように、第１鋼材１４ａと第２鋼材１４ｂとに粘弾性体を挟んで成形し、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとに形成した窪み１１ａ１，１２ａ１に嵌め込むとよい。このため、第１球体部１１ｂや第１球面部１２ａに粘弾性体を直接加硫接着させる場合に比べて、第１粘弾性体１４の個数や配置の自由度が高くなる。また、第２粘弾性体１５においても同様である。

この制振装置１０は、図１に示されているように、対向する支持部材Ａ１、Ａ２間に配置される。対向する支持部材Ａ１、Ａ２は、例えば、建物の床スラブと上階の床スラブでありうる。つまり、制振装置１０は、任意のフロアーに設置されうる。なお、制振装置１０は、振動などを受けて相対的に変位する部材間に配置され、相対的に変位する部材の変位を小さく抑え、かつ、振動を早期に減衰させうる。制振装置１０は、かかる観点において種々の用途に用いられうる。

図２は、対向する支持部材Ａ１、Ａ２が相対的に水平方向に変位した状態が示された制振装置１０の正面図である。図２に示されているように、この制振装置１０は、対向する支持部材Ａ１、Ａ２が相対的に水平方向に変位した場合には、支持部材Ａ１、Ａ２の変位に応じて軸部材１１が傾く。さらに、軸部材１１が傾くと、第１球体部１１ｂが第１受部材１２の第１球面部１２ａに対して回転する。この際、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの相対変位に応じて、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの間に配置された第１粘弾性体１４にせん断変形が生じる。同様に、軸部材１１が傾くのに応じて第２球体部１１ｃと第２球面部１３ａとの間に配置された第２粘弾性体１５にせん断変形が生じる。かかる第１粘弾性体１４と第２粘弾性体１５のせん断変形に応じた反力によって、および、第１粘弾性体１４と第２粘弾性体１５のせん断変形に応じて吸収されるエネルギーによって、対向する支持部材Ａ１、Ａ２に生じる水平方向の変位が小さく抑えられ、かつ、振動が早期に減衰する。このため、制振装置１０は、例えば、地震時の建物に生じる揺れを小さく抑えるとともに早期に減衰させることに寄与する。

このように第１粘弾性体１４および第２粘弾性体１５には、対向する支持部材Ａ１、Ａ２のせん断変位に応じてせん断変形が繰り返し入力される。この時、第１粘弾性体１４および第２粘弾性体１５は、せん断変形に応じて描かれるヒステリシスループに応じたエネルギーを吸収しうる。ここで第１粘弾性体１４および第２粘弾性体１５には、せん断変形に応じて所要の減衰力を発生する材料が用いられているとよい。第１粘弾性体１４および第２粘弾性体１５に用いられる材料としては、スチレン系、ウレタン系、アクリル系、イソブチレン系、イソプレン系、シリコン系、ジエン系などのエラストマーが好適である。特に、温度依存性の少ない材料がより好ましく、いわゆる高減衰ゴムと称されるゴム材料などが採用されうる。

また、図示は省略するが、制振装置１０は、対向する支持部材Ａ１、Ａ２の相対的な水平方向の変位だけでなく、軸部材１１の軸方向やねじれ方向などでも変位を小さく抑え、振動を早期に減衰させることに寄与する。このため、制振装置１０は、対向する支持部材Ａ１、Ａ２の３次元方向のあらゆる振動にも対応した制振装置として用いられうる。

ここで提案される制振装置１０は、図１に示された形態に限定されない。
制振装置１０は、軸部材１１と、第１受部材１２と、第２受部材１３と、第１粘弾性体１４と、第２粘弾性体１５とを備えているとよい。
軸部材１１は、軸部１１ａと、軸部１１ａの一端に設けられた第１球体部１１ｂと、軸部１１ａの他端に設けられた第２球体部１１ｃとを備えている。
第１受部材１２は、第１球体部１１ｂを受ける凹んだ第１球面部１２ａを有している。
第２受部材１３は、第２球体部１１ｃを受ける凹んだ第２球面部１３ａを有している。
第１粘弾性体１４は、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの間に配置され、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの相対変位に応じて変形する。
第２粘弾性体１５は、第２球体部１１ｃと第２球面部１３ａとの間に配置され、第２球体部１１ｃと第２球面部１３ａとの相対変位に応じて変形する。

制振装置１０によれば、第１受部材１２と第２受部材１３との相対的な変位に応じて、第１粘弾性体１４と第２粘弾性体１５とが変形する。第１粘弾性体１４と第２粘弾性体１５とが変形することによって、第１受部材１２と第２受部材１３とを変位させるエネルギーが吸収されるので、第１受部材１２と第２受部材１３との相対的な変位が小さく抑えられ、かつ、当該変位を伴う振動が早期に減衰される。

以上、ここで提案される制振装置１０について、種々説明したが、ここで提案される制振装置は、特に言及されない限りにおいて、上述した実施形態に限定されない。

例えば、軸部材１１は、軸部１１ａと、第１球体部１１ｂと、第２球体部１１ｃが一体的に形成されていてもよい。また、軸部１１ａと、第１球体部１１ｂと、第２球体部１１ｃとは、それぞれ別体で製作され、軸部１１ａの一端に第１球体部１１ｂと第２球体部１１ｃとが取り付けられてもよい。

図１に示された形態では、第１粘弾性体１４は、第１球体部１１ｂに取り付けられた第１鋼材１４ａと、第１球面部１２ａに取り付けられた第２鋼材１４ｂとの間に配置され、かつ、第１鋼材１４ａと第２鋼材１４ｂに接着されている。かかる形態に限定されない。第２粘弾性体１５についても同様であり、図１に示された形態に限定されない。

図３は、制振装置１０の他の実施形態を示す正面図である。図３に示されているように、第１粘弾性体１４は、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの間に配置され、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとに接着されていてもよい。これによって、第１粘弾性体１４は、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの相対変位に応じて変形するように構成されていてもよい。第２粘弾性体１５は、第２球体部１１ｃと第２球面部１３ａとの間に配置され、第２球体部１１ｃと第２球面部１３ａとに接着されていてもよい。これによって、第２粘弾性体１５は、第２球体部１１ｃと第２球面部１３ａとの相対変位に応じて変形するように構成されていてもよい。この場合、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａに、第１粘弾性体１４が接着される部位１１ｂ２，１２ａ２は、において、それぞれ球面でなくてよい。図３では、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとは、第１粘弾性体１４が接着される部位において、平坦な面とされている。なお、接着面積を大きくするために、平坦な面にさらに凹凸があってもよい。第２球体部１１ｃと第２球面部１３ａに、第２粘弾性体１５が接着される部位１１ｃ２，１３ａ２において、同様である。

また、軸部材１１の第１球体部１１ｂは、第１受部材１２に形成された第１球面部１２ａ内において、第１粘弾性体１４を介してスムーズに動くとよい。かかる観点において、第１受部材１２に形成される空洞１２ｄは、球形に限定されず、第１球面部１２ａは、厳密に球面であることに限定されない。また、これに対応する第１球体部１１ｂについても、厳密な球形状であることを要しない。

また、軸部材１１の第２球体部１１ｃは、第２受部材１３に形成された第２球面部１３ａ内において、第２粘弾性体１５を介してスムーズに動くとよい。かかる観点において、第２受部材１３に形成される空洞１３ｄは、球形に限定されず、第２球面部１３ａは、厳密に球面であることに限定されない。また、これに対応する第２球体部１１ｃについても、厳密な球形状であることを要しない。このように、「球面」、「球体」などは、厳密に部材の形状を特定するものでない。

また、軸部材１１の第１球体部１１ｂを受ける第１受部材１２の形状や、第１受部材１２が分割される個数や接合部１２ｃの設定などは、特段言及が無い限りにおいて上述した実施形態に限定されない。軸部材１１の第２球体部１１ｃを受ける第２受部材１３の形状や、第２受部材１３が分割される個数や接合部１３ｃの設定なども、特段言及が無い限りにおいて上述した実施形態に限定されない。また、第１受部材１２に空洞１２ｄが形成される位置は、第１受部材１２の厳密な中心に限定されない。第２受部材１３に空洞１３ｄが形成される位置についても、第２受部材１３の厳密な中心に限定されない。

例えば、上述した実施形態では、第１粘弾性体１４は、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの間において、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの間で概ね中心に対して点対称に配置されている。これにより、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの間において、複数の第１粘弾性体１４の反力が力学的にバランスよく作用する。なお、複数の第１粘弾性体１４の反力を力学的にバランスよく作用させるとの観点において、第１粘弾性体１４は、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの間で概ね中心に対して点対称に配置されていることに限定されず、非対称に配置されていてもよい。また、第１粘弾性体１４の大きさや厚さや剛性などは、第１球体部１１ｂと第１球面部１２ａとの間で位置毎に変更されてもよい。これらの点について、第２球体部１１ｃと第２球面部１３ａとの間に配置される第２粘弾性体１５についても同様である。また、第１粘弾性体１４と第２粘弾性体１５が軸部材１１の重量を受けてクリープするのを防止するために、軸部材１１の重量を支持する支持部材を別途設けてもよい。

１０ 制振装置
１１ 軸部材
１１ａ 軸部
１１ｂ 第１球体部
１１ｂ１ 窪み
１１ｃ 第２球体部
１１ｃ１ 窪み
１２ 第１受部材
１２ａ 第１球面部
１２ａ１ 窪み
１２ｂ 開口
１２ｃ 接合部
１２ｄ 第１受部材１２に形成された空洞
１３ 第２受部材
１３ａ 第２球面部
１３ａ１ 窪み
１３ｂ 開口
１３ｃ 接合部
１３ｄ 第２受部材１３に形成された空洞
１４ 第１粘弾性体
１４ａ 第１鋼材
１４ｂ 第２鋼材
１５ 第２粘弾性体
１５ａ 第３鋼材
１５ｂ 第４鋼材
Ａ１ 支持部材
Ａ２ 支持部材

Claims (5)

1. 軸部と、前記軸部の一端に設けられた第１球体部と、前記軸部の他端に設けられた第２球体部とを備えた軸部材と、
   前記第１球体部を受ける凹んだ第１球面部を有する第１受部材と、
   前記第２球体部を受ける凹んだ第２球面部を有する第２受部材と、
   前記第１球体部と前記第１球面部との間に配置され、前記第１球体部と前記第１球面部との相対変位に応じて変形するように、前記第１球体部と前記第１球面部とに接着された第１粘弾性体と、
   前記第２球体部と前記第２球面部との間に配置され、前記第２球体部と前記第２球面部との相対変位に応じて変形するように、前記第２球体部と前記第２球面部とに接着された第２粘弾性体と
   を備えた、制振装置。
2. 軸部と、前記軸部の一端に設けられた第１球体部と、前記軸部の他端に設けられた第２球体部とを備えた軸部材と、
   前記第１球体部を受ける凹んだ第１球面部を有する第１受部材と、
   前記第２球体部を受ける凹んだ第２球面部を有する第２受部材と、
   前記第１球体部と前記第１球面部との間に配置され、前記第１球体部と前記第１球面部との相対変位に応じて変形する第１粘弾性体と、
   前記第２球体部と前記第２球面部との間に配置され、前記第２球体部と前記第２球面部との相対変位に応じて変形する第２粘弾性体と
   を備え、
   前記第１粘弾性体は、
   前記第１球体部に取り付けられた第１鋼材と、前記第１球面部に取り付けられた第２鋼材との間に配置され、前記第１鋼材と前記第２鋼材とに接着されている、制振装置。
3. 前記第１受部材は、前記第１球面部が少なくとも２つに分割されるように設定された接合部を有する、請求項２に記載された制振装置。
   
4. 前記第２粘弾性体は、
   前記第２球体部に取り付けられる第３鋼材と、前記第２球面部に取り付けられる第４鋼材との間に配置され、前記第３鋼材と前記第４鋼材とに接着されている、請求項２または３に記載された制振装置。
5. 前記第２受部材は、前記第２球面部が少なくとも２つに分割されるように設定された接合部を有する、請求項４に記載された制振装置。

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